本發(fā)明屬于術中放射治療裝置領域，具體涉及一種基于雙能x射線能譜調制的術中放療裝置及能譜調制方法。

背景技術：

1、術中放射治療（intraoperative?radiotherapy，iort），簡稱術中放療，是一種在手術過程中對可見腫瘤、瘤床區(qū)進行單次大劑量照射的放療方法。與傳統(tǒng)的體外放射治療（external?beam?radiotherapy，ebrt）、近距離放射治療等技術相比，術中放療具有眾多潛在優(yōu)勢，主要包括：（1）術中放療在滿足腫瘤靶區(qū)劑量的同時，能降低正常組織劑量，提高治療效果；（2）患者經手術切除腫塊后即可進行治療，而傳統(tǒng)的分次外照射方法持續(xù)治療周期長，往往需要數周時間，因此術中放療能有效減少腫瘤細胞在等待放療過程中的擴增可能性；（3）術中放療具有單次照射大劑量的特點，具有更好的生物學效應，對殺傷腫瘤細胞更有效，能降低腫瘤復發(fā)的風險。其中，基于低能x射線的術中放療法，裝置結構緊湊，易于在手術室靈活移動，輸出x射線易于屏蔽，無需對手術室進行抗輻射加固，逐漸成為術中放療技術的重要選擇。

2、在基于低能x射線術中放療的技術方案中，zeiss公司提出采用透射式低能x射線管作為射線源，管電壓為50kv，靶材為金靶。為了調整輸出能譜，文獻（impact?ofspherical?applicator?diameter?on?relative?biologic?effectiveness?of?lowenergy?iort?x-rays:?a?hybrid?monte?carlo?study，2020）描述了采用不同結構及厚度的球形施源器以調整輸出能譜強度。當治療乳腺癌時，施源器為球形，材料為聚醚酰亞胺（pei），密度為1.27~1.54g/cm3，球半徑為1.5~5cm之間，技術人員根據治療靶區(qū)深度，更換對應尺寸的施源器。然而，該方案在獲得可調能譜的同時，隨著施源器尺寸增大，其對x射線的能譜衰減程度逐漸增大，進而導致治療時間的延長。

3、綜上，面向腫瘤治療對精準放療的不斷需求，設計一種輸出能譜快速可調、射線強度高、裝置結構緊湊、易于防護的x射線源，對促進術中放療技術的發(fā)展具有十分重要的意義。

技術實現思路

1、本發(fā)明針對現有技術中的不足，提供一種基于雙能x射線能譜調制的術中放療裝置及能譜調制方法，從而實現能譜可調、射線強度高的術中放療技術。

2、為實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

3、一種基于雙能x射線能譜調制的術中放療裝置，所述裝置包括：電子發(fā)射源、陰極結構、陽極筒、靶材、探針和施源器；所述陰極結構、陽極筒和探針依次排列，所述電子發(fā)射源位于陰極結構內部，所述探針設置于施源器內部，所述探針遠離電子發(fā)射源的一端設置有靶材；所述電子發(fā)射源用于產生初始電子，所述陰極結構和陽極筒用于產生加速電場并對發(fā)射電子進行初步聚焦，所述施源器用于貼合靶材并保護患者免受器械感染；所述陽極筒設置有聚焦線圈和偏轉線圈，所述聚焦線圈環(huán)繞于陽極筒用于對電子束進行充分聚焦，所述偏轉線圈用于產生偏轉磁場控制電子束軌跡轟擊不同靶材。

4、進一步的，所述靶材包括金屬鋯靶材和金屬銀靶材，金屬鋯靶材和金屬銀靶材以磁控濺射方式沉積于鈹窗上，所述鈹窗位于探針頭部。

5、進一步的，所述裝置還包括第一外殼和第二外殼，所述第二外殼位于第一外殼內部。

6、進一步的，所述第一外殼為金屬材質，所述第二外殼為玻璃材質。

7、進一步的，所述電子發(fā)射源固定于陶瓷柱上，所述陶瓷柱固定于第一外殼的側面。

8、進一步的，所述第一外殼固定有陶瓷柱的側面設置有絕緣裝置，絕緣裝置材料為氧化鋁陶瓷，陶瓷柱與第一外殼之間通過絕緣裝置密封。

9、進一步的，所述陶瓷柱的一端設置有陰極結構，所述電子發(fā)射源位于陰極結構內部。

10、進一步的，所述第二外殼與陽極筒通過可伐結構連接，所述可伐結構用于固定陽極筒和第二外殼的位置。

11、進一步的，所述施源器為球形，材質為聚醚酰亞胺pei，所述施源器厚度小于1.5cm。

12、本發(fā)明還提供一種能譜調制方法，采用上述的基于雙能x射線能譜調制的術中放療裝置，所述方法包括如下步驟：

13、在不加載偏轉磁場的條件下，調整聚焦磁場大小，獲取打靶焦點最小時的聚焦磁場強度，得到聚焦磁場強度參數；

14、保持聚焦磁場強度不變，調整偏轉磁場大小，使電子束軌跡在偏轉磁場區(qū)域運動軌跡發(fā)生改變，電子束在探針內部輸運最后轟擊對應靶材；分別獲取電子束打靶焦點全部位于金屬鋯靶材區(qū)域和金屬銀靶材區(qū)域的能譜輸出強度信息，建立兩種輸出能譜在水模體不同深度下沉積劑量分布曲線；

15、根據待治療靶區(qū)的深度特征，結合沉積劑量分布曲線，調整電子束軌跡轟擊的靶材，實現輸出能譜的強度調制。

16、進一步的，當待治療靶區(qū)深度為淺層時，利用電子束轟擊金屬鋯靶材產生的x射線能譜；

17、當待治療靶區(qū)深度為深層時，利用電子束轟擊金屬銀靶材產生的x射線能譜。

18、基于該裝置的術中放療方法為：根據待照射腫瘤靶區(qū)的特征，調節(jié)輸出能譜強度。由于電子束轟擊zr產生的輸出能譜平均能量低于ag靶輸出能譜，進而使得zr靶能譜穿透深度小，因此，當照射淺層靶區(qū)時，控制偏轉磁場使電子轟擊金屬鋯靶材產生輸出能譜，照射深層靶區(qū)時輸出金屬銀靶材特征能譜。本發(fā)明根據治療深度的不同，利用磁場調制組件改變電子運動軌跡，輸出對應強度的能譜從而治療腫瘤靶區(qū)。具有能譜調節(jié)速度快、輸出能譜強度高、劑量輸送精準的特點。

19、有益效果

20、本發(fā)明所述的術中放療裝置輸出能譜強度可調，調制速度快。本發(fā)明所述的術中放療裝置面向術中放療不同深度靶區(qū)對輻射劑量的需求，采用雙靶材x射線管，通過改變偏轉磁場控制電子束轟擊不同靶區(qū)產生輸出能譜，具有能譜可調且調制速度快的特點。

21、本發(fā)明所述的術中放療裝置輸出能譜強度衰減小。本發(fā)明使用雙靶材x射線管配合厚度1cm的施源器實現輸出能譜強度的有效調制，相比于傳統(tǒng)通過采用1.5~5cm的不同厚度球形施源器改變輸出能譜強度的方式（施源器越厚，對輸出x射線的衰減越強），本發(fā)明的能譜調制方式無需調整球形施源器的厚度，輸出能譜強度高、衰減小、劑量輸送精準、調制速度快。當腫瘤治療靶區(qū)發(fā)生變化，需要對輸出能譜特征進行相應調節(jié)時，可以滿足精準放療的需求。本發(fā)明通過改變偏轉磁場強度控制電子束軌跡，使電子轟擊不同靶材產生強度可調的輸出能譜，并搭配固定厚度1cm的施源器吸收能量小于8?kev的低能段x射線并保證治療的安全，無需更換施源器尺寸，減小了裝卸施源器結構帶來的誤差，同時采用厚度更小的施源器，降低了輸出x射線通過施源器后的強度衰減。

技術特征：

1.一種基于雙能x射線能譜調制的術中放療裝置，其特征在于，所述裝置包括：電子發(fā)射源、陰極結構、陽極筒、靶材、探針和施源器；所述陰極結構、陽極筒和探針依次排列，所述電子發(fā)射源位于陰極結構內部，所述探針設置于施源器內部，所述探針遠離電子發(fā)射源的一端設置有靶材；所述電子發(fā)射源用于產生初始電子，所述陰極結構與陽極筒用于產生加速電場并對發(fā)射電子進行初步聚焦，所述施源器用于貼合靶材并保護患者免受器械感染；所述陽極筒設置有聚焦線圈和偏轉線圈，所述聚焦線圈環(huán)繞于陽極筒用于對電子束進行充分聚焦，所述偏轉線圈用于產生偏轉磁場控制電子束軌跡轟擊不同靶材。

2.根據權利要求1所述的基于雙能x射線能譜調制的術中放療裝置，其特征在于，所述靶材包括金屬鋯靶材和金屬銀靶材，金屬鋯靶材和金屬銀靶材以磁控濺射方式沉積于鈹窗上，所述鈹窗位于探針頭部。

3.根據權利要求1所述的基于雙能x射線能譜調制的術中放療裝置，其特征在于，所述裝置還包括第一外殼和第二外殼，所述第二外殼位于第一外殼內部。

4.根據權利要求3所述的基于雙能x射線能譜調制的術中放療裝置，其特征在于，所述第一外殼為金屬材質，所述第二外殼為玻璃材質。

5.根據權利要求3所述的基于雙能x射線能譜調制的術中放療裝置，其特征在于，所述電子發(fā)射源固定于陶瓷柱上，所述陶瓷柱固定于第一外殼的側面。

6.根據權利要求5所述的基于雙能x射線能譜調制的術中放療裝置，其特征在于，所述第一外殼固定有陶瓷柱的側面設置有絕緣裝置，絕緣裝置材料為氧化鋁陶瓷，第一外殼與陶瓷柱通過絕緣裝置密封。

7.根據權利要求3所述的基于雙能x射線能譜調制的術中放療裝置，其特征在于，所述第二外殼與陽極筒通過可伐結構連接，所述可伐結構用于固定陽極筒和第二外殼的位置。

8.根據權利要求1所述的基于雙能x射線能譜調制的術中放療裝置，其特征在于，所述施源器為球形，材質為聚醚酰亞胺pei，所述施源器厚度小于1.5cm。

9.一種能譜調制方法，其特征在于，采用權利要求1~8任一項所述的基于雙能x射線能譜調制的術中放療裝置，所述方法包括如下步驟：

10.根據權利要求9所述的能譜調制方法，其特征在于，

技術總結
本發(fā)明屬于術中放射治療裝置領域，具體涉及一種基于雙能X射線能譜調制的術中放療裝置及能譜調制方法，所述裝置包括：陰極結構、陽極筒、靶材、探針和施源器；所述電子發(fā)射源、陰極結構、陽極筒和探針依次排列，所述電子發(fā)射源位于陰極結構內部，所述探針設置于施源器內部，所述探針遠離電子發(fā)射源的一端設置有靶材；所述陽極筒設置有聚焦線圈和偏轉線圈，所述聚焦線圈環(huán)繞于陽極筒用于對電子束進行充分聚焦，所述偏轉線圈用于產生偏轉磁場控制電子束軌跡轟擊不同靶材。本發(fā)明根據治療深度的不同，利用磁場調制組件改變電子運動軌跡，輸出對應強度的能譜從而治療腫瘤靶區(qū)。具有能譜調節(jié)速度快、輸出能譜強度高、劑量輸送精準的特點。

技術研發(fā)人員：金利民,錢建軍,張曦,陳黎,孫彥澤,周鋼
受保護的技術使用者：核工業(yè)總醫(yī)院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9